JPH0688853B2

JPH0688853B2 - 耐吸水性の優れた軽量骨材及びその製造方法

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Publication number: JPH0688853B2
Application number: JP1954386A
Authority: JP
Inventors: 稔沢出
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: GB2185972B; GB8626194D0; JPS62176971A; GB2185972A; CA1281506C

Description

【発明の詳細な説明】（従来の技術）軽量骨材は一般に吸水量が大きく、しかも瞬間吸水率は
24時間吸水率の30％程度といわれており、気乾状態の前
記骨材を使用すると、コンクリートの練り混ぜや運搬、
給送中において、コンクリートのスランプが低下する。

そのため軽量骨材をコンクリートに入れて使用する前の
段階で、予め軽量骨材に散水を行って吸水させる処理、
すなわち「プレウェッティング」処理が施され、該処理
によってコンシステンシィーの減少の防止が図られてい
る。

しかしながら、プレウェッティング処理操作は練り混ぜ
作業上あるいは水分管理上の繁雑化を招くだけでなく、
ポンプ圧送性及び凍害防止の点からみても、十分な信頼
性を持つものとはいえない。

こうした問題に対処するため、軽量骨材の吸水性を減少
させること（すなわち、耐吸水性を高めること）を目的
として各種の処理方法が提案されており、例えば、
（Ａ）傾斜板上に骨材を転がし、それに粘着材や被服材
を噴霧塗布する方法、（Ｂ）水溶性タイプとした石油系
樹脂を用いて骨材表面を被覆処理する方法、（Ｃ）スト
レートアスファルトを用いて骨材表面を被覆処理する方
法、などが知られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、前記従来法の（Ａ）法のごとき吸水防止
技術をもってしては、まだ固まらないコンクリートの運
搬をコンクリートポンプで行ってコンクリートを打設す
る「ポンプ工法」に使用し得る程度の、耐吸水性に優れ
た軽量骨材を提供することができない。すなわち、その
到達すべき目標値である下記の条件を満足するものは未
だ提供されていない。

（ア）40Kg/cm²の圧力下で吸水率４％以下を確保するこ
と。

（イ）耐凍結融解性が300サイクルでDF値80以上である
こと。

そして、一般に経済性の点から吸水防止技術に許容され
るコーティング方法の上限価格としては、軽量骨材価格
の50％以下であることが必要とされるが、しかし、例え
ば、石油系樹脂を用いて軽量骨材表面に複数の工程によ
り多層の被覆層を設けることは樹脂価格と製造プロセス
の点からみて、軽量骨材の価格を200〜300％アップする
価格上昇を招く。

さらに、前記従来技術の（Ｂ）法のごとき石油系樹脂材
料をコーティング材とする場合は以下のような欠点があ
る。

第１に、樹脂材料は硬化に伴って収縮が生じ、ピンホー
ルが生成することである。このピンホールの生成を防止
するためには、何層にも樹脂を積層しなければならず、
これはコスト的にみても実用化し難い欠点があり、特に
熱硬化性樹脂では硬化反応とこれに次ぐ冷却によって収
縮し、かなりの内部応力を生じることが明らかにされて
いる。

この内部応力は系の強度低下をもたらすだけでなく、マ
イクロクラックやピンホールの生成の一因ともなる。

第２には、軽量骨材の細孔構造からも認められるよう
に、ミクロンオーダー細孔（毛細管）内にコーティング
材料を十分に含浸させるためには、粘度が小さいコーテ
ィング材料と、大きな圧力差の加圧含浸の操作などを必
要とし、それらはコスト的にみても適当でない。

第３には、軽量骨材とコーティング材料との熱膨張係数
の差に基づく界面剥離の問題がある。特に、ポンプ工法
による加圧下における吸水性能についてみれば、このよ
うな界面での隙間の存在は、かなり致命的なものとな
る。

第４には、樹脂系コーティング材料は硬化反応が終結す
るまでにはある一定の時間を必要とし、このため骨材表
面に付着したコーティング材のタックが残る結果、骨材
同志が相互に付着し、あたかもオコシのような形状とな
る危険が多いことである。そのため、単一の粒子として
独立した形で軽量骨材にコーティングを行うことは、現
在の工学的な技術からは極めて困難である。

また、一般に樹脂系コーティング材は価格の安いもので
あっても200〜300円/kg、と骨材の吸水防止としてはコ
ストが高すぎることである。

他方また、各種のポリマーエマルジョンを用いる考え方
もあるが、この場合の欠点は、（ア）力学的強度が通常の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹
脂と比較して小さい。

（イ）厚みのある被覆層を形成させることが難しい。な
どの理由の他に、ポリマーエマルジョン中の水（一般に
は50％程度）が骨材表面に形成された被覆層によって長
時間骨材中に内含されるため、凍結融解試験に悪影響を
及ぼすという問題がある。

そしてまた、上記（Ｃ）法のごときストレートアスファ
ルトによる吸水防止技術の問題点としては、ポンプ工法
における40kg/cm²の加圧下での満足し得る吸水防止は到
底達成できないことである。

（問題点を解決するための手段）本発明者は上記の点に鑑み、鋭意研究の結果、以下のご
とくして本発明をなすに至った。

まず、本発明者は次のような事実に注目した。

粉砕された頁岩を焼成して製造された通常の軽量骨材
（例えば、「ビルトン」：住友金属鉱山（株）製の人工
軽量骨材の商品名）は、その吸水率が表１のごとくであ
る。近藤連一氏らは軽量骨材の細孔径分布と膨張収縮特
性についての検討を行い、つぎのような結果を得てい
る。

すなわち、各種軽量骨材の全細孔量はほぼその見掛け比
重の大きさに反比例の関係が認められている。24時間吸
水量と全細孔量の関係は吸水率の大きなものが必ずしも
細孔量が大きいとは限らない。例えば榛名軽石では全細
孔量の約50％が吸水によって満たされるが、ビルトンで
は８％しか満たされていない。

第２図は近藤らの求めたビルトンの細孔分布についての
結果であって、750Å以下の細孔量が50％近く占めてい
る。

本発明者はこのビルトンの細孔構造と吸水率の関係を考
察し、ビルトンの耐吸水性を改善するには、少なくとも
750Å以上（第２図の結果に従えば、7.5〜50μｍの細孔
径を中心とする）のビルトンの外表面に連続的につなが
っている開孔(open pore)に適当な材質の“防水栓”を
設けることが、またその“防水栓”の形成にはゾルをゲ
ルに転化させる、いわゆるゾル−ゲル変換手法の採用が
望ましいものと考えるに至った。

そして、前記開空孔以外の軽量骨材骨格部（骨格部）表
面にまで、すなわち軽量骨材表面全面にわたってコーテ
ィングを行う必要はないものと確信した。

したがって本発明の基本的技術思想は、こうした着想に
基づくものであり、すなわち本発明は、1.軽量骨材の多
孔質開孔の少なくとも表層内の開孔部内がゲル物質で充
填されてなることを特徴とする耐吸水性の向上した軽量
骨材と、2.軽量骨材の多孔質開孔部の少なくとも表層内
の開孔部に、ゲル生成用原料液を注入し、次いで前記ゲ
ル生成用原料液をゲル化させることにより、軽量骨材の
多孔質開孔部の少なくとも表面層内の開孔部中にゲル物
質を生成、充填することを特徴とする耐吸水性の優れた
軽量骨材の製造方法、及び3.加熱された軽量骨材をゲル
生成用原料液中に浸漬し、軽量骨材の多孔質開孔部の少
なくとも表面層内の開孔部内に該骨材の冷却による減圧
効果によってゲル生成用原料液を吸引、注入した後、次
いで前記注入された開孔部内のゲル生成用原料液をゲル
に転化させることにより、前記多孔質開孔部内にゲル物
質を生成、充填することを特徴とする耐吸水性の優れた
軽量骨材の製造方法、である。

ところで、軽量骨材のμｍオーダーの細孔径内にゲル生
成用原料液を充分に注入するには、ハーゲンポアズイユ
の式から導かれるように、単に従来のような浸漬法など
では不十分である。

この問題を解決する方法として、ゲル生成用原料液を加
圧すること、あるいは真空吸引による減圧雰囲気に置か
れた軽量骨材へゲル生成用原料液を接触せしめる方法が
考えられる。

就中、本発明で特に推奨される方法は、加熱した軽量骨
材を水、油などを媒体とする微細粒子のコロイド溶液
（ゲル生成用原料液）中に浸漬することによって、軽量
骨材の多孔質開孔部内にゲル生成用原料液を注入する方
法である。すなわち、この方法においては、浸漬時に加
熱された軽量骨材の温度が低下することに伴って軽量骨
材の多孔質開孔部内が減圧状態となるため、該開孔部内
へ容易にゲル生成用原料液が注入されることとなるので
ある。該方法では、基本的にはPV＝nRTにおけるΔＴが1
00℃もあれば充分であり、したがって軽量骨材の多孔質
開孔部内に充分に吸水防止材を充実することが容易にで
きる。

そして工業的には、従来の軽量骨材の製造ラインに補助
的な装置を付加するだけ実用化することができ、またそ
の製造コストも極めて安価なものとなる。製造ラインで
は、焼成後の軽量骨材を冷却する工程を必要とするが、
本方法では該冷却工程をゲル生成用原料液への浸漬工程
に置換して行うことができる。

次に、ゲル生成用原料液について説明する。

本発明におけるゲル生成用原料液は、それのみでゲルに
転化するもの、すなわち例えば、寒天、ゼラチン、卵白
のように冷却、加熱の温度変化によるなどの刺激により
ゲル化するもの、あるいは珪酸ナトリウム、カゼイン等
のように、他の物質（酸、アルカリ、アルコール、塩類
等）との反応によりゲルに転化するもの等、どのような
ものであっても良い。

前記他の物質との反応によってゲル化するゲル生成用原
料液を用いる場合は、該原料液注入済の軽量骨材を前記
他の物質に接触させる方法、あるいは反対に、他の物質
が注入された軽量骨材に前記原料液を接触させる方法が
ある。

なお、ゲル生成用原料液の注入に代えて、超微粒子粉末
の噴射注入あるいは蒸着による注入を行ってもよい。

以上を略示した本発明の方法の処理工程を第１図にフロ
ーシートとして示した。

ここで本発明においてゲル物質を軽量骨材の防水材とし
たことの特徴点をまとめると次のようである。

（１）ゲル状物質はいわばかたまった寒天のようにブヨ
ブヨしたゼリー状の物質であるため、剛性を有する軽量
骨材骨格の細孔壁に囲まれた空間中に充填された場合、
外部からの圧力に対して任意にその形状が圧縮される方
向に変化し得る結果、もしも、骨材の細孔壁とゲルとの
間にギャップが生じたとしても、外部からの圧力により
ゲルが押圧変形されて容易にそのギャプ空隙を埋め得る
ことである。このため、外部から水圧等の加圧力が加わ
っても、軽量骨材内への水の侵入が阻止されるのであ
る。

（２）ゲルは外界が氷点下になってもなかなか凍結し難
いものであり、また、骨材骨格間に保有された水は、低
温下における体積膨張に伴う圧力増加もゲル内部で吸収
・緩和し得るなど、ゲルは耐低温特性に優れていること
である。これは耐凍結融解性の点で優れたものである。

（３）ゲル生成用原料液であるヒドロゾル又は非水ゾル
は骨材骨格中の毛細管内に容易に浸透し得るため、軽量
骨材の開空孔細孔内に注入する工程が極めて容易に実施
できるのである。ゾルは顕微鏡では認められないが、原
子あるいは低分子よりは大きい粒子として物質が分散し
ている状態であるから、含浸処理もきわめて容易であ
る。（４）一般にゲル物質は材料価格が安価である。ゼ
ラチン、ニカワ、アラビヤゴム等日常的にありふれた安
価な材料を選択してゆくことが可能である。また、油
（植物油、鉱物油、廃油等）を溶媒としてこれをゲル化
するならば、骨材中の細孔内に撥水性のある、かつ軽量
のゲルが含まれることになり、耐凍結融解性の点で軽量
骨材の著しい改善ができる。なおこの場合、骨材表面に
形成された油ゲル物質は容易に除去しうるものであるか
ら、セメントペーストとの付着について全く障害とはな
らない。

（５）細孔内に充填されたゲル物質は、その圧縮性から
ポンプ圧送による加圧が大きくなれば成る程透水性が減
少する。

（６）ゲル化処理した軽量骨材は、従来法の樹脂コーテ
ィング法による場合と異なり、骨材粒子同志の付着がな
く、オコシのような塊状体とはならない。

（実施例）次に本発明を実施例によって具体的に説明する。

まず、珪酸ナトリウムに水を加え、比重1.15に調整した
珪酸ナトリウム水溶液を用意した。

次ぎに、200℃に加熱した軽量骨材（商品名：ビルト
ン）を、室温に保持した前記珪酸ナトリウム水溶液中に
浸漬した。この水溶液中での浸漬は前記骨材に振動を加
えながら10分間行った。前記浸漬工程中、加熱骨材の投
入により珪酸ナトリウム水溶液の浴温は急激に上昇する
が、冷却水を循環させることにより珪酸ナトリウム水溶
液の浴温が50℃以上に上昇しないように調整した。

その後、前記珪酸ナトリウム水溶液から軽量骨材を取り
出し、それを金網ふるい上で回転させてその表面に付着
した余剰の珪酸ナトリウム水溶液を除去した。

そしてその後、この軽量骨材を浴温10〜25℃の間に調整
したアルギン酸ソーダの水溶液中に３〜５分含浸させ、
次いでこれを引き上げ30℃以下の温度において放置し
て、ゲル化反応を行わせた。

このように処理して得られた軽量骨材、及び比較のため
の無処理の軽量骨材の吸水試験を行ったところ、40kg/c
m²×10minの加圧吸水試験の結果は表２のごとくであっ
た。

この結果からわかるとおり、40kg/cm²の加圧下での吸水
率が１％以下であることは、ポンプ工法用軽量骨材とし
て満足的に適用できるものである。

なお、本発明において採用可能なゲル材料としては、以
下のようなものを挙げることができる。

（１）無機系ゲル材料：珪酸ゲル、水酸化アルミニウムゲル、水酸化第２鉄ゲ
ル、水酸化マグネシウムゲル、安定化炭酸カルシウムゲ
ル（２）有機系ゲル材料：酢酸セルローズゲル、ニトロセルローズゲル（コロジオ
ン）、アルコール＋オレイン酸ソーダゲル（３）天然有機物ゲル：デキストランゲル（セファデックス）、カゼインゲル、
ゼラチンゲル、寒天ゲル（４）油脂系ゲル植物油ゲル、鉱物油ゲル、廃油ゲル、その他（発明の効果）以上詳述したように本発明によれば、次のような優れた
効果が発揮される。（１）軽量骨材骨格の細孔壁に囲ま
れた空間中に充填されたゲルは、外部からの圧力に対し
て任意にその形状が圧縮される方向に変化し得るもので
あるため、骨材の細孔壁とゲルとの間にギャップが生じ
たとしても、外部からの圧力によりゲルが押圧変形され
て容易にギャプ空隙を埋め得る結果、外部から水圧等の
加圧力が加わっても、軽量骨材内への水の侵入が阻止さ
れ、耐吸水性の優れた軽量骨材となること、（２）ゲル
は外界が氷点下になってもなかなか凍結し難いものであ
り、また、骨材骨格間に保有された水は、低温下におけ
る体積膨張に伴う圧力増加もゲル内部で吸収・緩和し得
るなど、ゲルは耐低温特性に優れているため、耐凍結融
解性の優れた軽量骨材となること、（３）ゲル生成用原
料液であるヒドロゾル又は非水ゾルは骨材骨格中の毛細
管内に容易に浸透し得るため、軽量骨材の開孔細孔内に
注入する工程が極めて容易に実施でき、耐吸水性の優れ
た軽量骨材の製造が容易であること、（４）本発明で
は、焼成による軽量骨材製造後の未だ加熱されている状
態の骨材をゲル生成用原料液に浸漬する工程において、
骨材が急激に冷却され、内部の開孔空隙内の気圧が減圧
されるため、ゲル生成用原料液の骨材開孔中への吸引、
注入が効果的に行なわれるものであり、軽量骨材の製造
ラインに補助的な装置を付加するだけで、熱エネルギー
を有効に利用して耐吸水性の優れた骨材が容易に製造で
きること、（５）本発明方法によりゲル化処理した軽量
骨材は、従来法の樹脂コーティング法による場合と異な
り、骨材粒子同志の付着がなく、オコシのような塊状体
とはならないこと、（６）ゲル物質は一般に価格が安価
であり、低コストで耐吸水性の優れた軽量骨材が得られ
ること、などである。

このように本発明の軽量骨材及びその製造方法は、新規
で、多くの優れた作用効果を有するものであって、斯界
に貢献するところが多大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法を略示したフローシートであ
り、第２図は市販軽量骨材の細孔分布状態を示すグラフ
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽量骨材の多孔質開孔の少なくとも表層内
の開孔部内がゲル物質で充填されてなることを特徴とす
る耐吸水性の向上した軽量骨材。
【請求項２】ゲル物質が軽量骨材の多孔質開孔部内でゾ
ルから転化して生成されたものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の耐吸水性の優れた軽量骨
材。
【請求項３】軽量骨材の多孔質開孔部の少なくとも表層
内の開孔部に、ゲル生成用原料液を注入し、次いで前記
ゲル生成用原料液をゲル化させることにより、軽量骨材
の多孔質開孔部の少なくとも表面層内の開孔部中にゲル
物質を生成、充填することを特徴とする耐吸水性の優れ
た軽量骨材の製造方法。
【請求項４】軽量骨材へのゲル生成用原料液の注入が吹
付法又は含浸法によって行なわれることを特徴とする特
許請求の範囲第３項記載の耐吸水性の優れた軽量骨材の
製造方法。
【請求項５】加熱された軽量骨材をゲル生成用原料液中
に浸漬し、軽量骨材の多孔質開孔部の少なくとも表面層
内の開孔部内に該骨材の冷却による減圧効果によってゲ
ル生成用原料液を吸引、注入した後、次いで前記注入さ
れた開孔部内のゲル生成用原料液をゲルに転化させるこ
とにより、前記多孔質開孔部内にゲル物質を生成、充填
することを特徴とする耐吸水性の優れた軽量骨材の製造
方法。
【請求項６】軽量骨材へのゲル生成用原料液の注入が吹
付によって行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の耐吸水性の優れた軽量骨材の製造方法。